APPS | 射频与蓝光协同作用：通过氧化酶抑制和生物活性化合物稳定实现新鲜中草药的绿色保存策略

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Introduction

新鲜道地药材（如牛蒡根、百合鳞茎、浙贝母鳞茎）在采后贮藏中面临严重的品质劣变问题。该过程主要表现为酶促褐变和关键生物活性成分（如多糖、酚类、黄酮、皂苷、生物碱）的降解，严重损害其药用和经济价值。传统保鲜技术如化学处理易引入残留，低温贮藏则能耗高，且对多器官构成的药材效果有。核心挑战在于，不同组织（如牛蒡的根茎、百合和贝母的鳞茎）代谢特性差异显著，单一保鲜策略效果受限。研究表明，未处理材料在8 d贮藏期内褐变指数增加40%～60%，活性成分损失高达30%～50%，成为制约道地药材产业可持续发展的瓶颈。因此，开发高效、绿色且普适性强的物理保鲜技术是产业发展的迫切科学需求。

射频（RF）作为一种新兴非热物理技术，其电磁场效应已在食品保鲜中展现出抑制微生物和延缓氧化的潜力。发光二极管（LED）光照则利用特定光谱（如蓝光）效应，广泛应用于植物节律调控和保鲜。然而，两者在基质复杂、包含多器官（如根、根茎、鳞茎）的中药材上的应用机制尚不明确。现有研究指出RF通过极性分子振荡产生热效应，蓝光可通过光受体途径调节酶活性，但RF与LED协同（RF-L）对关键氧化酶（如多酚氧化酶PPO、过氧化物酶POD）的抑制效率，以及对中药材中生物活性成分稳定性的调控规律仍是重大研究空白。更关键的是，缺乏针对不同器官系统的普适性验证以解决药材固有的异质性。这一知识缺口严重阻碍了RF-L技术在中药材保鲜领域的针对性开发和实际应用。

本研究创新性地提出RF-L协同保鲜策略。以代表性根茎类（牛蒡）和鳞茎类（百合、浙贝母）药材为模型，通过系统优化参数（极板间距40 cm；蓝光照射2 min），取得两大突破：

1. 整合酶动力学分析（PPO/POD活性时程监测）与多组分定量（多糖、总黄酮、总酚、总皂苷、生物碱、抗坏血酸、自由基清除能力），阐明RF-L对活性成分稳定性的动态调控；

2. 验证了该技术对异质器官（根、鳞茎）的普适性，克服了传统方法常损伤活性成分的局限。

本研究为RF-L技术保鲜多器官药材首次提供了系统性证据：

1. 感官品质：显著减轻牛蒡和百合褐变，缓解浙贝母皱缩；

2. 活性成分：维持多糖结构完整性（贮藏中后期含量比对照高10%-20%）；显著提高百合关键功能成分总黄酮提取率（＞30%）；促进浙贝母生物碱积累（+1.5 mg/g）；

3. 机制揭示：通过抑制活性氧（ROS）生成并提高·OH自由基清除率（SR），实现抗氧化能力的协同增强。

本研究不仅为“酶失活-成分稳定化理论提供了实证支持，更为开发低能耗、无化学残留的工业化保鲜方案奠定了科学基础，对推动药材标准化流通与产业升级具有重要价值。

图1 射频协同蓝光处理中药材示意图

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Results and Discussion

如图2所示，贮藏期间对照组和RF-L组均未腐败。但百合鳞茎和牛蒡根对照组出现显著氧化褐变，呈现不规则红斑。红斑随贮藏时间延长颜色加深、面积扩大，导致品质严重劣变。相比之下，RF-L组褐变显著减轻，品质保持更佳。浙贝母鳞茎对照组则出现严重皱缩，程度远超RF-L处理组。处理全程持续监测温度。值得注意的是，RF-L技术相比传统保鲜方法能效更高，能耗仅为制冷的6.8%。感官评价结果证实，RF-L处理有效维持了百合鳞茎、牛蒡根和浙贝母鳞茎的感官品质。

图2 RF-L处理后百合鳞茎（a）、浙贝母鳞茎（b）和牛蒡根（c）在0～8 d的外观变化

如图3a所示，牛蒡根两组PPO活性在贮藏初期均呈上升趋势，随后下降。值得注意的是，对照组PPO活性始终显著高于RF-L处理组。RF-L处理显著加速了PPO活性下降速率，使其在贮藏后期活性保留值较对照组低约30%，表明该处理可通过降低PPO活性有效延缓牛蒡褐变。图3b、c显示，百合鳞茎和浙贝母鳞茎对照组PPO活性同样持续高于RF-L处理组。RF-L处理组PPO活性在贮藏中后期趋于稳定并维持低水平，进一步证实该技术对PPO活性的抑制作用。

机制上，射频电磁场诱导水分子偶极振荡产生局部热效应（35～40 ℃），使PPO/POD活性位点变性；蓝光则激活隐花色素光受体，通过COP1-SPA泛素化途径下调氧化酶基因表达。该双重干预破坏了含Cu²⁺的PPO和含血红素的POD的电子传递，从而抑制H₂O₂介导的ROS爆发。综上，RF-L协同处理通过抑制PPO活性，延缓了贮藏期间百合鳞茎、牛蒡根和浙贝母鳞茎的褐变，提升了保鲜品质。

图3 贮藏期间PPO活性动态变化

图4a、b显示，牛蒡根和百合鳞茎贮藏期间对照组与RF-L处理组的POD活性变化趋势差异显著。两者RF-L处理组的POD活性始终显著低于对照组，这与褐变程度显著减轻密切相关。

图4c表明，浙贝母鳞茎对照组POD活性呈上升趋势，而RF-L处理总体上抑制了褐变。RF-L处理下，浙贝母POD活性呈初期短暂上升后下降的模式，这可能源于初始能量输入（如射频热效应或光化学反应）引发的瞬时ROS爆发。综上，RF-L处理通过抑制POD活性有效延缓了氧化速率，从而维持了牛蒡根、百合鳞茎和浙贝母鳞茎的贮藏品质。

图4 贮藏期间POD活性动态变化

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Conclusion

本研究针对新鲜中药材保鲜的关键难题，创新性地提出射频协同蓝光（RF-L）保鲜技术。以牛蒡根、百合鳞茎和浙贝母鳞茎为代表性材料，系统探究了RF-L处理对活性成分稳定性及关键酶活性的影响。结果表明，优化参数（极板间距40 cm，蓝光照射2 min）可显著提升药材贮藏稳定性，该效果通过抑制氧化酶活性及调控活性成分代谢的双重机制实现。

第一作者

朱龙，中国药科大学工学院博士研究生在读，制药工程学专业。目前主要研究方向为食品功能因子的精准递送研究。以第一作者发表论文3篇，申请国家发明专利1件。

通信作者

曹崇江，中国药科大学科学技术研究院副院长，国家中药材加工技术研发专业中心主任，教授，博士生导师，江苏省“333工程”高层次人才培养对象，中国食品科学技术学会青年委员。主持“十四五”“十三五”国家重点研发计划课题、国家自然基金面上项目、江苏省科技厅自然基金面上项目、江苏省重点研发计划项目、江苏省农业自主创新资金项目等20余项，在国际杂志《Advanced Functional Materials》《Applied Catalysis B: Environmental》《Green Chemistry》《Chemical Engineering Journal》《Food Chemistry》《Food Hydrocolloids》和《Journal of Agricultural and Food Chemistry》等发表SCI论文100余篇；兼任国际期刊《Molecules》编辑和《Journal of Future Foods》编委；申请国家发明专利30余件，其中授权10余件；获中国商联合会服务业科技创新奖一等奖（2016），中国商业联合会科学技术奖一等奖（2021），江苏省科学技术二等奖（2019）和江苏省科学技术奖一等奖（2022）。执行主编参编专著一部，副主编参编教材多部。课题组主要研究方向：（1）药食同源营养功能组分发掘及功效评价；（2）特医特膳食品研发与创制。

Synergistic radio frequency and blue light: a green preservation strategy for fresh Chinese medicicinal herbs via oxidase suppression and bioactive compound stabilization

Long Zhu1, Jingtian Liu1, Hongliang Qian1, Yan Liu2, Youyi Miao2, Chongjiang Cao1*

1 Department of Food Nutrition and Safety, National R&D Center for Chinese Herbal Medicine Processing, College of Engineering, China Pharmaceutical University, Nanjing, 211198, China

2 Institute of Agricultural Mechanization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanjing, 210014, China

*Corresponding author.

Abstract

To address the quality deterioration of genuine Chinese medicinal materials (CMMs) during postharvest storage, primarily caused by polysaccharide degradation, enzymatic browning, and loss of bioactive compounds, this study proposes a green physical preservation strategy utilizing radio frequency synergized with blue light (RF-L). Targeting rhizomes (Arctium lappa roots) and bulbs (lily, Fritillary bulbs), the effects of RF-L treatment (electrode gap 40 cm, blue light irradiation 2 min) on key oxidase (polyphenol oxidase/peroxidase (PPO/POD)) activities, the stability of bioactive compounds (polysaccharides, phenolics, flavonoids, saponins, alkaloids, vitamin C), and antioxidant capacity were systematically investigated. Results demonstrated that RF-L treatment significantly inhibited sensory deterioration, reduced browning in A. lappa roots and lily, alleviated shriveling in Fritillary bulbs, and extended shelf life by over 20%. The treatment synergistically suppressed PPO and POD activities (reduction of 25%–30%), delayed phenolic oxidation, and increased the retention rate of total phenolics in A. lappa roots by more than 15%. Furthermore, RF-L effectively maintained polysaccharide structural integrity (content 10%–20% higher than control during mid-late storage) and significantly enhanced the extraction yield of total flavonoids, key functional components in lily (> 30%). Additionally, RF-L promoted alkaloid accumulation in Fritillary bulbs (+1.5 mg/g during mid-late storage), increased saponin retention in lily by 20%, and markedly strengthened ∙OH scavenging capacity (+37.5%). This mechanism entails suppressing reactive oxygen species (ROS) production and regulating non-enzymatic antioxidant pathways. This study provides the first demonstration of the universality of RF-L technology for preserving diverse organ-type CMMs, offering a theoretical foundation for developing low-energy, chemical-residue-free industrial preservation solutions.

Reference:

Zhu, L., Liu, J., Qian, H. et al. Synergistic radio frequency and blue light: a green preservation strategy for fresh Chinese medicicinal herbs via oxidase suppression and bioactive compound stabilization. Agric. Prod. Process. Sto. 2, 1 (2026). https://doi.org/10.1007/s44462-025-00035-3

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片来源：摄图网

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